Ответьте на вопросы, страница 205 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему в законе электромагнитной индукции $\varepsilon_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ поставлен знак «минус»?

2. Почему колебания стрелки компаса затихают быстрее, если корпус прибора латунный, и медленнее, если корпус пластмассовый?

3. Почему падающее замкнутое проводящее кольцо, насаживаясь на полосовой магнит, замедляет свое движение? Почему замедление не наблюдается, если кольцо не замкнуто?

1. Почему в законе электромагнитной индукции $\mathcal{E}_i = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ поставлен знак «минус»?
Знак «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея является математическим выражением правила Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток.
Другими словами:
- Если магнитный поток через контур возрастает ($\Delta\Phi > 0$), то индуцированная ЭДС ($\mathcal{E}_i$) создает ток, магнитное поле которого направлено против внешнего поля, стремясь уменьшить поток. В этом случае $\mathcal{E}_i < 0$.
- Если магнитный поток через контур убывает ($\Delta\Phi < 0$), то индуцированная ЭДС ($\mathcal{E}_i$) создает ток, магнитное поле которого сонаправлено с внешним полем, стремясь поддержать поток и воспрепятствовать его уменьшению. В этом случае $\mathcal{E}_i > 0$.
Таким образом, знак ЭДС индукции всегда противоположен знаку скорости изменения магнитного потока, что и отражает знак «минус» в формуле.

Ответ: Знак «минус» отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток создает магнитное поле, противодействующее причине, его вызвавшей, то есть изменению магнитного потока.

2. Почему колебания стрелки компаса затихают быстрее, если корпус прибора латунный, и медленнее, если корпус пластмассовый?
Колеблющаяся магнитная стрелка компаса создает вокруг себя переменное во времени магнитное поле.
Если корпус компаса сделан из латуни (проводящего материала), это переменное магнитное поле индуцирует в нем вихревые токи, также известные как токи Фуко. В соответствии с правилом Ленца, эти токи создают собственное магнитное поле, которое противодействует движению магнитной стрелки. Это взаимодействие приводит к возникновению тормозящей силы (электромагнитное демпфирование), которая быстро гасит колебания стрелки, превращая её кинетическую энергию в тепловую энергию, выделяющуюся в латунном корпусе.
Если же корпус сделан из пластмассы (диэлектрика), то в нем практически не возникают индукционные токи из-за очень высокого электрического сопротивления. Следовательно, эффект электромагнитного демпфирования отсутствует. Колебания стрелки в этом случае затухают значительно медленнее, в основном из-за трения в точке опоры и сопротивления воздуха.

Ответ: В латунном (проводящем) корпусе возникают вихревые токи, которые создают магнитное поле, тормозящее движение стрелки (электромагнитное демпфирование). В пластмассовом (диэлектрическом) корпусе токи не возникают, и торможение значительно слабее.

3. Почему падающее замкнутое проводящее кольцо, насаживаясь на полосовой магнит, замедляет свое движение? Почему замедление не наблюдается, если кольцо не замкнуто?
Когда замкнутое проводящее кольцо падает и приближается к полюсу полосового магнита, магнитный поток, пронизывающий кольцо, увеличивается. Согласно закону электромагнитной индукции, это изменение потока создает в кольце индукционный ток. По правилу Ленца, магнитное поле этого тока будет направлено так, чтобы противодействовать увеличению внешнего потока. Это означает, что кольцо и магнит будут отталкиваться. Сила отталкивания направлена вверх, против силы тяжести, что и замедляет падение кольца. При этом кинетическая энергия кольца превращается в теплоту, выделяющуюся в нем.
Если кольцо проходит мимо середины магнита и начинает удаляться от него, магнитный поток через кольцо уменьшается. Индукционный ток снова возникает, но теперь его магнитное поле стремится поддержать убывающий поток, то есть возникает сила притяжения между кольцом и магнитом. Эта сила также направлена вверх (противоположно движению), снова замедляя падение.
Если же кольцо не замкнуто (имеет разрез), то при изменении магнитного потока на концах разреза возникает ЭДС индукции, но замкнутой цепи для протекания тока нет. Без значительного индукционного тока не создается и сильного магнитного поля, способного оказать заметное тормозящее воздействие на движение кольца. Поэтому разомкнутое кольцо падает практически свободно, испытывая лишь незначительное торможение из-за слабого перераспределения зарядов.

Ответ: В замкнутом кольце при падении на магнит возникает индукционный ток, который по правилу Ленца создает магнитное поле, противодействующее движению, что приводит к замедлению. В незамкнутом кольце индукционный ток не может протекать, поэтому тормозящая магнитная сила не возникает.